CN104017219A - 接合热塑性材料和金属 - Google Patents

Abstract

本发明涉及接合热塑性材料和金属。方法和设备包括溶胶-凝胶溶液。正丙氧化锆在溶剂中熟化，以形成溶胶-凝胶溶液的第一部分。第一部分与去离子水组合以形成溶胶-凝胶溶液的第二部分。氨基芳基三烷氧基硅烷与醇组合以形成溶胶-凝胶溶液的第三部分。第三部分与第二部分组合以形成溶胶-凝胶溶液的混合物。去离子水或醇或其组合与混合物组合以形成溶液。熟化溶液以形成溶胶-凝胶溶液，该溶胶-凝胶溶液包括正丙氧化锆和氨基芳基三烷氧基硅烷之间约1:5的摩尔平衡比。

Description

接合热塑性材料和金属

技术领域

本公开总体上涉及接合（joints），具体涉及在热塑性材料和金属之间形成接合。还更具体地，本公开涉及在形成接合时处理金属以使金属和热塑性材料接合（join）的方法和设备。

发明背景

正在利用百分比不断增加的复合材料设计和制造航空器。复合材料可以是通过组合两种或更多种功能性组分产生的坚韧、轻质材料。例如，复合材料可包括结合在聚合物树脂基质中的强化纤维。用于复合材料的树脂可包括热塑性或热固性树脂。热塑性材料可在加热后变软并可在冷却后变硬。热塑性材料能被反复加热和冷却。热固性材料可在受热时变硬。纤维可以是单向的或可采用织造布或织物形式。

在一些应用中，可期望将热塑性材料如热塑性复合材料与金属接合。目前，热塑性材料可利用紧固件或粘合剂与金属接合。但是，利用紧固件接合热塑性材料和金属可不期望地对接合增加额外的重量。进一步，接合设计或材料性质可使紧固件不理想。

热塑性材料的材料特性，如表面张力，可使粘合剂在热塑性接合中不理想。进一步，粘合剂的材料性质，如降解温度，可导致粘合剂在某些制造工艺中不理想。因此，期望考虑到至少一些上述问题以及其他可能问题的方法和设备。

发明内容

在说明性配置中，提供了方法。在溶剂中熟化正丙氧化锆，以形成溶胶-凝胶溶液的第一部分。组合第一部分与去离子水，以形成溶胶-凝胶溶液的第二部分。组合氨基芳基三烷氧基硅烷与醇，以形成溶胶-凝胶溶液的第三部分。组合第三部分与第二部分，以形成溶胶-凝胶溶液的混合物。组合去离子水或醇或其组合与该混合物，以形成溶液。熟化溶液，以形成溶胶-凝胶溶液，其包括正丙氧化锆和氨基芳基三烷氧基硅烷之间约1:5的摩尔平衡比。

在另一说明性配置中，提供了溶胶-凝胶溶液。溶胶-凝胶溶液包括正丙氧化锆、氨基芳基三烷氧基硅烷、溶剂、醇和去离子水。溶胶-凝胶溶液包括正丙氧化锆和氨基芳基三烷氧基硅烷之间约1:5的摩尔平衡比。

在再一说明性配置中，提供了溶胶-凝胶溶液。溶胶-凝胶溶液包括，按摩尔百分比计，基于溶胶-凝胶溶液的总摩尔数，约0.005%至约8.10%范围内的正丙氧化锆、约0.03%至约44.9%范围内的氨基芳基三烷氧基硅烷、约0.03%至约46.1%范围内的溶剂、约3.0%至约93.2%范围内的醇，以及约5.0%至约98.2%范围内的去离子水。

特征和功能可在本公开的不同配置中独立地实现，或可组合在其他配置中，其中进一步的细节通过参考下列描述和附图可以看出。

附图说明

被认为是说明性配置的特性的新颖特征在所附权利要求中阐述。但是，说明性配置以及优选应用方式，进一步目标及其特征，将在结合附图阅读时参考下文对本公开说明性配置的详细描述得到最佳理解，其中：

图1是可实施的说明性配置的航空器的图示；

图2是根据说明性配置的热塑性材料和金属之间的接合的图示；

图3是根据说明性配置的制造环境的框图的图示；

图4是根据说明性配置产生溶胶-凝胶溶液的方法的方法流程图示；

图5是根据说明性配置处理金属的方法的方法流程图示；

图6是根据说明性配置在热塑性材料和金属之间产生接合的方法的方法流程图示；

图7是根据说明性配置在热塑性材料和金属之间产生接合的方法的流程图图示；

图8是根据说明性配置的测试结果的柱状图图示；

图9是根据说明性配置的测试结果的柱状图图示；

图10是根据说明性配置的测试结果的柱状图图示；

图11是根据说明性配置的航空器制造和服务方法的图示；和

图12是可实施的说明性配置的航空器的图示。

具体实施方式

不同说明性配置认识和考虑一种或多种不同的考虑因素。例如，说明性配置认识和考虑，黏附热塑性材料和金属可以是期望的接合方法。如本文所用，黏附（adhering）是利用温度和压力将热塑性材料与金属接合的过程。说明性配置认识和考虑，黏附热塑性材料和金属可以是比利用紧固件或粘合剂较快或成本较低的接合热塑性材料和金属的方法。

说明性配置还认识和考虑，将热塑性材料与金属黏附可以是比通过固化将热固性材料与金属接合较快的方法。因此，说明性配置认识和考虑，应用热塑性材料而非热固性材料可导致较快或成本较低的接合方法。

说明性配置进一步认识和考虑，热塑性材料和金属之间的机械结合不可提供期望的结合。例如，仅机械结合的热塑性材料和金属不可具有期望的临界应变能释放率、剪切强度、环境耐久性或疲劳性。因此，说明性配置认识和考虑，可期望改变钛的表面化学以促进与热塑性材料在界面的化学结合。

因此，不同说明性配置提供接合热塑性材料和金属的设备和方法。具体地，不同说明性配置中一种或多种提供接合热塑性材料和金属的方法，而不增加超过期望的重量、成本和平台复杂性中的至少一种。

现参考图，具体地参考图1，根据说明性配置描述航空器的图示。在此说明性实例中，航空器100具有连接于机身106的机翼102和机翼104。航空器100包括连接于机翼102的发动机108和连接于机翼104的发动机110。

机身106具有尾段112。水平稳定器114、水平稳定器116和垂直稳定器118连接于机身106的尾段112。

航空器100是根据说明性配置可实施的热塑性材料和金属的黏附的航空器的实例。例如，航空器100的机身106可具有热塑性复合材料表皮120。热塑性复合材料表皮120可包括由热塑性复合材料制成的航空器表皮。热塑性复合材料可包括结合在热塑性树脂基质中的强化纤维。在此实例中，机身106中的金属托架（未显示）可黏附于热塑性复合材料表皮120。在另一说明性实例中，航空器100的窗口122可具有金属前缘。因此，窗口122的金属前缘可黏附于热塑性复合材料表皮120或窗口122的热塑性框架。

图1中航空器100的图示并非意为隐含对可实施说明性配置的方式的物理或架构限制。例如，虽然航空器100是商用航空器，但航空器100可以是军事航空器、旋翼机、直升机、无人飞行器或任何其他适当的航空器。

现转至图2，根据说明性配置描述热塑性材料和金属之间的接合的图示。接合200可以是图1中热塑性复合材料表皮120和金属组件如金属托架之间的接合的一种实施方式。接合200具有热塑性材料202和金属204。在一个说明性实例中，热塑性材料202可以是基本上由热塑性物质制成的部分。在另一说明性实例中，热塑性材料202可以是热塑性复合材料。在此说明性实例中，热塑性复合材料可具有结合在热塑性树脂基质中的强化纤维。在又一说明性实例中，热塑性材料202可以是其中一种组分是热塑性物质的混合物。

热塑性材料202和金属204在界面206处接合。热塑性材料202和金属204可通过黏附在界面206处接合。

在一个说明性实例中，在黏附前，可通过机械处理在沿着界面206的表面上对金属204进行处理。这些机械处理可包括，例如喷砂、砂磨或其他适当的处理中的至少一种。在另一说明性实例中，在黏附前，可通过化学处理在沿着界面206的表面上对金属204进行处理。这些化学处理可包括，例如化学蚀刻或其他适当的处理中的至少一种。在一些说明性实例中，化学蚀刻可选自碱性蚀刻或酸性蚀刻。在一些说明性实例中，化学处理可选自磷酸阳极化、硼酸阳极化、硫酸-重铬酸钠阳极化、铬酸阳极化、磷酸盐-氟化物蚀刻或其他适当的化学蚀刻中的至少一种。

图2中接合200的图示并非意为隐含对可实施说明性配置的方式的物理或架构限制。例如，接合200可以是两种金属和单种热塑性物质之间的接合。在另一说明性实例中，接合200可以是两种热塑性材料和单种金属组分之间的接合。在又一说明性实例中，接合200的界面206可不完全是平面的。在进一步的实例中，热塑性材料202相比金属204可具有不同的厚度。在更进一步的实例中，热塑性材料202和金属204中至少一个的厚度可沿接合200的长度而变化。

现参考图3，根据说明性配置描述制造环境的框图图示。制造环境300可以是可对图1中的航空器100的组件进行制造、维修、维护或其一定组合的环境的实例。

制造环境300包括多种不同组件。如描述的，制造环境300包括平台302、溶胶-凝胶产生装置304以及表面处理装置306。

在图3中，图1中的航空器100是图3中的平台302的一种物理实施方式的实例。虽然说明性配置的说明性实例是关于航空器描述的，但说明性配置可适用于其他类型的平台。平台302可以例如没有限制地是移动平台、固定平台、陆基结构、水基结构和空间基结构。更具体地，平台302可以是水面舰船、坦克、人员运输车、火车、航天器、潜艇、汽车、发电厂、桥、坝、房屋、制造工厂、建筑物或其他适当的平台。

在此说明性实例中，平台302具有沿界面312接合的热塑性材料308和金属310。热塑性材料308、金属310和界面312形成平台302的接合314。

接合314可通过热塑性材料308和金属310的黏附而形成。热塑性材料308可选自聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚酮酮、聚醚醚酮、缩醛、丙烯酸、乙烯基、纤维素、聚酰胺如尼龙、聚苯乙烯、聚砜、聚氨酯、聚四氟乙烯如特氟隆聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯、聚氟乙烯如聚醚酰亚胺如聚苯砜、聚碳酸酯如或任何其他适当的热塑性材料。金属310可选自钛、钛合金、铝合金、镍合金、不锈钢合金、铜合金或任何其他适当的金属。在一个说明性实例中，金属310包括钛合金Ti-6Al-4V。

如本文所用，短语“至少一种（个）”在与一系列项目一起使用时意为可应用一种（个）或多种（个）所列项目的不同组合，并且可需要列出的各项目中的仅一种（个）。例如，“项目A、项目B和项目C中的至少一种（个）”可没有限制地包括项目A、或项目A和项目B。该实例还可包括项目A、项目B和项目C，或项目B和项目C。项目可以是具体物体、事件或种类。换句话说，“至少一种（个）”意为可从列举中使用任意组合的项目和数量的项目，但并非要求列举中的全部项目。换句话说，项目A和项目B中的至少一种（个）可意为项目A、或项目B、或其组合。

在一些说明性实例中,为在接合314中产生期望特性，金属310可经表面处理。表面处理可包括在黏附前清洁、机械处理和化学处理中的至少一种。金属310的表面处理可通过表面处理装置306实施。如所描述的，表面处理装置306包括除油装置316、清洁装置318、漂洗装置320、机械预处理装置322、化学预处理装置324、烘箱326、涂底装置（primer applicator）328、刷涂装置330、和喷涂装置332。

除油装置316可被配置以在金属310上实施除油，如水性除油，作为金属310的表面处理部分。清洁装置318可在金属310上实施清洁，如碱性清洁，作为金属310的表面处理部分。在一些说明性配置中，清洁装置318可在金属310上实施水性除油步骤，然后实施清洁。

漂洗装置320可被配置以在金属310上实施漂洗。漂洗装置320可被配置以实施浸泡漂洗和喷淋漂洗中的至少一种。在一个说明性实例中，漂洗装置320可在金属310已经接受除油步骤和清洁步骤中的至少一种后在金属310上实施漂洗。在一些说明性实例中，漂洗装置320可在金属310已经接受机械预处理如摩削和化学预处理如蚀刻中的至少一种后在金属310上实施漂洗。

机械预处理装置322可被配置以在金属310上实施机械预处理。机械预处理装置322可实施喷砂、研磨、砂磨或任何其他适当的机械预处理中的至少一种。在一个说明性实例中，机械预处理装置322可使金属310的表面粗糙化，以促进热塑性材料308与金属310的机械粘附（adhesion）。在另一说明性实例中，机械预处理装置322可使金属310的表面为溶胶-凝胶溶液334的施加准备。

化学预处理装置324可被配置以在金属310上实施化学预处理。化学预处理装置324可实施碱性蚀刻、酸性蚀刻或其他适当的化学预处理中的至少一种。

在一个说明性实例中，化学预处理装置324可在金属310的表面上导致表面粗糙化，以促进热塑性材料308与金属310的机械粘附。在另一说明性实例中，化学预处理装置324可使金属310的表面为溶胶-凝胶溶液334的施加准备。

烘箱326可被配置以在表面处理后干燥金属310。在一个说明性实例中，烘箱326可用于在利用漂洗装置320的漂洗步骤后干燥金属310。在一个说明性实例中，烘箱326可用于在通过刷涂装置330或喷涂装置332将材料施加于金属310后干燥金属310。

涂底装置328可被配置以将底漆（primer）施加于金属310。在一个说明性实例中，在烘箱干燥金属310上的溶胶-凝胶溶液334后，可利用涂底装置328将底漆施加于金属310。在此说明性实例中，烘箱326可用于在通过涂底装置328施加底漆后干燥金属310。

底漆可施加于金属310以改变所得接合314的特性。在一些说明性实例中，底漆可以是高温底漆。高温底漆可被配置以耐受在150至800华氏度范围内升高的温度。在一个说明性实例中，高温底漆可被配置以耐受热塑性材料308的固结温度。在一个说明性实例中，高温底漆可被配置以耐受在500至800华氏度范围内的温度。

溶胶-凝胶溶液334可利用刷涂装置330、喷涂装置332或任何其他适当的施加装置中的至少一种施加于金属310。在一些说明性实例中，溶胶-凝胶溶液334可在下列中的至少一种之后施加于金属310：除油步骤、清洁、漂洗、机械预处理、化学预处理、烘箱干燥或其他适当的表面处理。在这些说明性实例中，表面处理可使金属310的表面为溶胶-凝胶溶液334准备。在这些说明性实例中，表面处理可导致接合314具有期望的特性。

溶胶-凝胶产生装置304被配置以生产溶胶-凝胶溶液334。如本文所用，溶胶-凝胶溶液334也可被称为高温溶胶-凝胶溶液或溶胶-凝胶溶液。溶胶-凝胶产生装置304组合正丙氧化锆336、氨基芳基三烷氧基硅烷338、去离子水340、溶剂342和醇344，以形成溶胶-凝胶溶液334。

溶胶-凝胶溶液334是被配置以在黏附前施加于金属310时促进金属310和热塑性材料308之间粘附的溶胶-凝胶溶液。溶胶-凝胶溶液是通过溶液-凝胶化（solution-gelation）反应产生的溶液。溶液-凝胶化反应是湿法化学技术，包括水解和凝结反应。溶胶-凝胶溶液可包括具有官能侧基的可溶性金属醇盐前体。在一些说明性实例中，溶胶-凝胶溶液可用于附着和涂布中的至少一种。

如本文所用，附着（attaching）可以是在界面如界面312处的附着（attachment）。溶胶-凝胶溶液334可通过在界面312的化学相互作用促进粘附。通过溶胶-凝胶溶液334促进的化学反应可不包括交联。促进粘附的化学反应可选自范德华相互作用、酸-碱相互作用或其他适当的化学反应中的至少一种。在一些说明性实例中，溶胶-凝胶溶液334促进通过二级化学键进行的粘附。

溶胶-凝胶溶液334还被配置以耐受高温。在金属310和热塑性材料308的黏附过程中，溶胶-凝胶溶液334可暴露于热塑性材料308的固结温度。热塑性材料308的固结温度可在150至800华氏度的范围内。在一些说明性实例中，热塑性材料308的固结温度可在500至800华氏度的范围内。因此，溶胶-凝胶溶液334被配置以耐受热塑性材料308的固结温度。

在一些说明性实例中，溶胶-凝胶溶液334还可被配置以防止金属310形成氧化物层、材料随时间变化和材料降解中的至少一种。在这些说明性实例中，溶胶-凝胶溶液334可充当金属310表面的密封剂。

溶胶-凝胶溶液334具有略酸性的期望pH范围。在一些说明性实例中，溶胶-凝胶溶液334的pH，在不经调整的情况下，在4至5之间。但是，在其他说明性实例中，溶胶-凝胶溶液334的pH可在3至6之间变化。

在一个说明性实例中，按照一系列步骤生产溶胶-凝胶溶液334。在产生溶胶-凝胶溶液334的过程中，组分的溶解度受混合技术顺序、混合技术时长和混合技术类型影响。因此，混合技术影响溶胶-凝胶溶液334的结果。混合技术包括搅拌、漩流（swirling）和熟化步骤中的至少一种。

溶胶-凝胶溶液334可在制造环境300或具有所需材料和装置的任何其他适当环境中产生。但是，溶胶-凝胶溶液334具有有限的贮存期，从1小时至12小时变化。贮存期可以是在溶胶-凝胶溶液生产后溶胶-凝胶溶液保持适用于其预期处理的时间段。

在说明性实例中，醇344可以是低分子量醇。如本文所用，低分子量醇是具有低分子量并且在室温下或在略微升高的温度下蒸发的醇。此外，低分子量醇还不可在施加低分子量醇的表面上留下不期望量的残留物。醇344可选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇（1-丁醇）、仲丁醇（2-丁醇）、异丁醇（2-甲基-1-丙醇）、叔丁醇（2-甲基-2-丙醇）和3-甲基-2-丁醇、或其他适当的低分子量醇。

溶剂342用于催化反应。溶剂342还保持正丙氧化锆336处于溶液中。在一个说明性实例中，溶剂342可影响溶胶-凝胶溶液334的pH。溶剂342可选自二醇、二醇醚、冰乙酸、丁基酯或其他适当的催化剂。溶剂342和正丙氧化锆336之间的反应可略微放热。

制造环境300还具有黏附用具346。黏附用具346被配置以在热塑性材料308和金属310上实施黏附过程。在将溶胶-凝胶溶液334施加于金属310的表面后，可设置热塑性材料308与金属310的表面接触。这种设置可被称为组装。然后，热塑性材料308和金属310可利用黏附用具346进行黏附过程。

在一些说明性实例中，热塑性材料308可以是非固结的。在这些说明性实例中，黏附用具346可基本上同时用于固结热塑性材料308和使热塑性材料308黏附于金属310。在一个说明性实例中，固结和黏附可在单个热和压力循环中进行。在另一说明性实例中，固结和黏附可在多个热和压力循环中进行。

在一些说明性实例中，热塑性材料308可以预固结。在这些说明性实例中，黏附用具346可用于使热塑性材料308黏附于金属310。

在一些说明性实例中，热塑性材料308可以部分固结。在这些说明性实例中，黏附用具346可用于完成热塑性材料308的固结和使热塑性材料308黏附于金属310。

黏附用具346可选自下列中的至少一种：高压釜、压力机（press）、加热烙铁、夹具、局部加热装置或被配置以供应升高的温度和压力的任何其他适当的装置。在热塑性材料308和金属310黏附后，形成具有界面312的接合314。

在一些说明性实例中，在将底漆施加于金属310的表面后，设置热塑性材料308与金属310的表面接触。因此，所得接合314的性质受热塑性材料308和金属310之间的底漆影响。

图3中制造环境300的图示并非意为隐含对可实施说明性配置的方式的物理或架构限制。可应用图示组件以外的其他组件或取代图示组件的其他组件。一些组件可以是不必要的。而且，显示的框是为了图示一些功能性组件。这些框中的一个或多个在说明性配置中实施时可组合、分割、或组合和分割成不同的框。

例如，金属310可不接受机械预处理。在此说明性实例中，机械预处理装置322可不存在于制造环境300中。在另一说明性实例中，溶胶-凝胶溶液334可单独喷涂到金属310上。在此说明性实例中，刷涂装置330可不存在于制造环境300中。

现转至图4，根据说明性配置描述了产生溶胶-凝胶溶液的方法的方法流程图示。方法400可在图3的制造环境300中实施，以产生溶胶-凝胶溶液334。

方法400产生溶胶-凝胶溶液402。溶胶-凝胶溶液402可以是图3的溶胶-凝胶溶液334。溶胶-凝胶溶液402被配置以耐受热塑性材料如图3的热塑性材料308的固结温度。溶胶-凝胶溶液402被配置以在黏附前施加于金属时促进金属如金属310和热塑性材料如热塑性材料308之间的粘附。溶胶-凝胶溶液402可促进在金属和热塑性材料之间的界面处通过化学相互作用的粘附。

方法开始于组合正丙氧化锆和冰乙酸。在此说明性实例中，提供70%的正丙氧化锆正丙醇溶液。在此说明性实例中，将正丙氧化锆加入冰乙酸中（操作404）。在此方法中，冰乙酸充当正丙氧化锆的溶剂。冰乙酸可以是图3中的溶剂342。如下文更详细地描述的，正丙氧化锆和冰乙酸的组合量可基于溶胶-凝胶溶液402的预期组成而变化。但是，保持正丙氧化锆和冰乙酸约1:1的摩尔平衡比。如本文所用，摩尔平衡比是溶胶-凝胶溶液中两种物质之间摩尔量的比。摩尔是用于表示化学物质量的度量单位。一摩尔与12克纯碳-12中存在的原子数具有同样多的元素实体，值为约6.02214179（30）*10²³。在一个说明性实例中，约2.00mL70%正丙氧化锆正丙醇溶液加入约1.46mL的冰乙酸中。

接下来，在室温下熟化正丙氧化锆和冰乙酸（操作406）。此操作形成部分A408。在熟化前，可漩流正丙氧化锆和冰乙酸。漩流可通过以圆形方式摇动包含正丙氧化锆和冰乙酸的容器进行。漩流使容器中的成分混合。进行漩流以使反应均匀地发生。在一些说明性实例中，可搅拌正丙氧化锆和冰乙酸，而不是漩流。在漩流后，然后使正丙氧化锆和冰乙酸在室温下熟化。在一些说明性实例中，在漩流或搅拌正丙氧化锆和冰乙酸后，可将箔或其他反射性表面放置在容器开口上。

然后将正丙氧化锆和冰乙酸的混合物留置以熟化。如本文所用，熟化用于描述时间的经过。在一个说明性实例中，正丙氧化锆和冰乙酸可熟化约20或30分钟。

方法混合氨基芳基三烷氧基硅烷和异丙醇。在此说明性实例中，方法将氨基芳基三烷氧基硅烷加入异丙醇中，以形成部分B412（操作410）。异丙醇可以是图3中的醇344。此添加的结果是官能化的硅烷。溶胶-凝胶溶液402化学要求最少量的异丙醇。最少量的异丙醇可表示为异丙醇和氨基芳基三烷氧基硅烷之间约18:1的最小摩尔平衡比。在一个说明性实例中，将约5.60mL氨基芳基三烷氧基硅烷加入约40mL异丙醇中。在将氨基芳基三烷氧基硅烷加入异丙醇中后，搅拌该混合物。搅拌使容器中的成分混合。进行搅拌使反应均匀地发生。在一些说明性实例中，可以进行搅拌以提高或保持混合物的溶解度。搅拌可利用磁力搅拌棒、泵、叶轮或其他适当的搅拌机构进行。

在熟化约20至约30分钟后，组合部分A408和去离子水。在此说明性实例中，将部分A408加入去离子水中，以形成部分C416（操作414）。在一些说明性实例中，可先将少量去离子水加入部分A408中并漩流，然后将部分A408加入去离子水中，以形成部分C416。在这些说明性实例中，该少量去离子水和漩流可使部分A408为加入去离子水准备。在这些说明性实例中，该少量去离子水可阻止正丙氧化锆在加入去离子水中以形成部分C416后从溶液中沉淀（fall out ofsolution）。在这些说明性实例中，该少量去离子水的范围可以为数滴至数mL去离子水。

如下文进一步详细描述的，溶胶-凝胶溶液402中的去离子水量可基于溶胶-凝胶溶液402的期望组成而变化。但是，溶胶-凝胶溶液402具有最少量的去离子水。最少量的去离子水可表示为去离子水和正丙氧化锆之间约18:1的最小摩尔平衡比。

在一个说明性实例中，将部分A408加入约70mL去离子水中。在将部分A408加入去离子水中后，搅拌混合物。可进行搅拌以促进溶解性和保持组分悬浮在溶液中。

接下来，方法组合部分C416和部分B412。在此说明性实例中，方法将部分C416加入部分B412中（操作418）。在一个说明性实例中，方法可将部分C416缓慢倒入部分B412中。将去离子水或异丙醇或其组合加入部分B412和部分C416中（操作420）。在一些说明性实例中，在此步骤期间，去离子水和异丙醇中的至少一种可用于从容器冲洗部分C416的任何残留物，部分C416是从所述容器倒入容纳部分B412和部分C416的容器。去离子水和异丙醇的量可变化，只要去离子水和异丙醇的量满足最小摩尔平衡比。在一些说明性实例中，去离子水或异丙醇或其组合的这种添加可产生喷涂所期望的浓度。在一个说明性实例中，添加包括约320mL去离子水和约60mL异丙醇。

接下来，在室温下搅拌和熟化溶液（操作422）。在一个说明性实例中，溶液可在搅拌下熟化30分钟至5小时。在操作422后，溶胶-凝胶溶液402准备施加于金属。溶胶-凝胶溶液402的贮存期的范围可以为1至12小时。贮存期可以是在溶胶-凝胶溶液生产后溶胶-凝胶溶液保持适用于其预期处理的时间段。

所得溶胶-凝胶溶液402可包含，按摩尔百分比计，基于溶胶-凝胶溶液的总摩尔数，约0.005%至约8.10%范围内的正丙氧化锆、约0.03%至约44.9%范围内的氨基芳基三烷氧基硅烷、约0.03%至约46.1%范围内的溶剂、约3.0%至约93.2%范围内的醇、和约5.0%至约98.2%范围内的去离子水。如本文所用，物质的摩尔百分比是溶胶-凝胶中的物质的摩尔数与溶胶-凝胶的摩尔数的比。在一个说明性实例中，溶胶-凝胶溶液402的期望摩尔百分比范围可以是，基于溶胶-凝胶溶液的总摩尔数，正丙氧化锆在约0.01%至约0.03%的范围内，氨基芳基三烷氧基硅烷在约0.09%至约0.13%的范围内，溶剂在约0.09%至约0.20%的范围内，醇在约5.0%至约6.2%的范围内，和去离子水在约84.0%至约98.0%的范围内。在另一说明性实例中，组分的摩尔百分比值可以是如下：基于溶胶-凝胶溶液的总摩尔数，约0.0195%正丙氧化锆、约0.108%氨基芳基三烷氧基硅烷、约0.111%溶剂、约5.62%醇和约94.14%去离子水。

现参考图5，根据说明性配置描述处理金属的方法的方法流程图示。方法500可通过表面处理装置306在图3中的制造环境300中实施，以处理金属，如金属310。

方法500产生表面处理的金属502。金属504可进行任选的脱氧和清洁步骤506。任选的脱氧和清洁步骤506包括水性除油508、碱性清洁510以及水浸泡漂洗和喷淋漂洗512。在一些说明性实例中，水性除油508、碱性清洁510以及水浸泡漂洗和喷淋漂洗512中的至少一种可在金属504上进行。在一些说明性实例中，水性除油508、碱性清洁510以及水浸泡漂洗和喷淋漂洗512均不进行。在一些说明性实例中，是否将进行任选的脱氧和清洁步骤506基于金属504的材料性质、所得接合的任何所需性质或其他适当的考虑因素中的至少一种确定。

接下来，金属504可进行预处理步骤514。预处理步骤514包括机械预处理516、化学预处理518、水浸泡漂洗和喷淋漂洗520以及烘箱干燥522。机械预处理516可包括喷砂、研磨、砂磨或任何其他适当的机械预处理中的至少一种。化学预处理518可包括碱性蚀刻、酸性蚀刻或其他适当的化学预处理中的至少一种。

在一些说明性实例中，可进行机械预处理516、化学预处理518、水浸泡漂洗和喷淋漂洗520以及烘箱干燥522中的至少一种。在其他说明性实例中，机械预处理516、化学预处理518、水浸泡漂洗和喷淋漂洗520以及烘箱干燥522可均不进行。

接下来，金属504进行溶胶-凝胶溶液524的施加。溶胶-凝胶溶液524可通过刷涂、辊涂、喷涂或其他适当的施加方法施加。在一个说明性实例中，溶胶-凝胶溶液524施加于金属504利用图3中的刷涂装置330和喷涂装置332中的至少一种进行。在施加溶胶-凝胶溶液524后，金属504上的溶胶-凝胶溶液经烘箱干燥526。

在烘箱干燥后，确定接合528是否期望额外的耐久性。接合的期望耐久性可取决于接合中材料的类型、接合的位置、接合的预期用途或接合的任何其他适当特性中的至少一种。在一个说明性实例中，该确定将包括热塑性材料和接受表面处理的金属504的接合的估测耐久性值与期望耐久性进行比较。如果确定期望耐久性大于估测耐久性值，则方法移至操作530。如果确定期望耐久性不大于估测耐久性值，则方法完成，并且产生表面处理金属502。

如果确定期望额外的耐久性，则将底漆施加于金属504（操作530）。在一些说明性实例中，底漆可以是高温底漆。在这些说明性实例中，高温底漆可被配置以耐受热塑性材料的固结温度。在施加底漆后，金属504上的底漆经烘箱干燥（操作532）。该烘箱干燥产生表面处理的金属502。

现转至图6，根据说明性配置描述在热塑性材料和金属之间产生接合的方法的方法流程图示。方法600可在图3的制造环境300中实施，以产生接合314。

热塑性材料602和表面处理的金属604进入方法600。热塑性材料602可以是图3中的热塑性材料308。表面处理的金属604可以是经图5的方法500中的至少一种处理的图3的金属310。在一个说明性实例中，表面处理的金属604已经接受机械预处理，化学预处理，水浸泡漂洗和喷淋漂洗、烘箱干燥，溶胶-凝胶溶液施加和烘箱干燥。

方法600组装热塑性材料602和表面处理的金属604（操作606）。在组装热塑性材料602和表面处理的金属604中，热塑性材料602和表面处理的金属604可如接合所期望的彼此相对设置。在组装过程中，热塑性材料602和表面处理的金属604可通过手动或通过利用装置彼此相对设置。在一个说明性实例中，热塑性材料602可以是带形式的热塑性复合材料。在此说明性实例中，可通过将热塑性复合材料带铺设在表面处理的金属604上，相对于表面处理的金属604设置热塑性材料602。

接下来，方法黏附热塑性材料602和表面处理的金属604（操作608）。黏附接合热塑性材料602和表面处理的金属604，而不使用粘合剂或紧固件。黏附包括向热塑性材料602和表面处理的金属604施加热和压力。黏附可通过高压釜、压力机、加热烙铁、夹具、局部加热装置或任何其他适当的黏附用具中的至少一种进行。

然后，移除黏附用具，产生金属-热塑性组件610。金属-热塑性组件610具有可呈现预期粘附的接合。进一步，金属-热塑性组件610可产生机械测试中期望的材料性质。

现参考图7，根据说明性配置描述在热塑性材料和金属之间产生接合的方法流程图图示。方法700可在图3的制造环境300中实施，以产生接合314。

方法700开始于清洁金属（操作702）。在一些说明性实例中，清洁金属可包括水性除油、碱性清洁以及水浸泡漂洗和喷淋漂洗中的至少一种。接下来，方法700预处理金属（操作704）。在一些说明性实例中，预处理金属可包括机械预处理、化学预处理、水浸泡漂洗和喷淋漂洗以及烘箱干燥中的至少一种。

接下来，方法700熟化溶剂中的正丙氧化锆，以形成溶胶-凝胶溶液的第一部分（操作706）。在一些说明性实例中，溶剂可以是冰乙酸。熟化溶剂中的正丙氧化锆，直到反应完成。在一个说明性实例中，溶剂中的正丙氧化锆熟化约20至30分钟。

在熟化后，方法700组合第一部分与去离子水，以形成溶胶-凝胶溶液的第二部分（操作708）。方法组合氨基芳基三烷氧基硅烷与醇，以形成溶胶-凝胶溶液的第三部分（操作710）。然后，组合第三部分与第二部分，以形成溶胶-凝胶溶液的混合物（操作712）。接下来，将去离子水或醇或其组合与混合物组合，以形成溶液（操作714）。可加入去离子水和醇中的至少一种，以产生具有期望组分范围的溶液。在一个说明性实例中，可加入去离子水和醇中的至少一种，以使溶液稀释至喷涂所期望的浓度。

在加入去离子水和醇中的至少一种后，熟化溶液，以形成包括摩尔平衡比约1:5的正丙氧化锆和氨基芳基三烷氧基硅烷的溶胶-凝胶溶液（操作716）。溶液可在搅拌下熟化，直到产生溶胶-凝胶溶液。所得溶胶-凝胶溶液包括摩尔平衡比约1:5的正丙氧化锆和氨基芳基三烷氧基硅烷。在一个说明性实例中，熟化可进行约0.5至5.0小时。在一个说明性实例中，熟化进行约4小时。在此说明性实例中，熟化溶液以形成溶胶-凝胶，包括在室温下搅拌溶液4小时。

然后，将所得溶胶-凝胶溶液施加于金属（操作718）。在一些说明性实例中，可通过喷涂和刷涂中的至少一种将溶胶-凝胶溶液施加于金属。在这些说明性实例中，溶胶-凝胶溶液可利用图3的刷涂装置330和喷涂装置332中的至少一种施加于金属。溶胶-凝胶溶液无需在溶胶-凝胶产生后立即施加于金属，而是，溶胶-凝胶溶液具有约1和12小时之间的贮存期。溶胶-凝胶溶液必须在此贮存期内施加于金属。

在施加溶胶-凝胶后，金属上的溶胶-凝胶溶液经烘箱干燥，以形成表面处理的金属（操作720）。接下来，组装热塑性材料和表面处理的金属（操作722）。热塑性材料和表面处理的材料可以以所得金属-热塑性组件所期望的排列组装。在组装热塑性材料和表面处理的材料中，设置热塑性材料与表面处理的金属的处理表面接触。

最后，黏附热塑性材料和表面处理的金属（操作724）。黏附产生具有接合的金属-热塑性组件。接合不包括任何紧固件或粘合剂。相反，接合通过表面处理的金属和热塑性材料之间的化学相互作用形成。在其中操作704包括机械预处理的一些说明性实例中，接合还可包括表面处理的金属和热塑性材料之间的机械相互作用。

现转至图8，根据说明性配置描述测试结果的柱状图图示。图8是以框图形式显示的图3的接合如接合314的剪切数据的实例。柱状图800具有x轴线802、x轴线804和y轴线806。如所描述的，x轴线802表示在接合内施加于金属的表面处理的类型。X轴线804表示进行剪切测试的温度。剪切测试在约-65至约-67华氏度、约75华氏度和约180华氏度下进行。Y轴线806表示接合的剪切强度。

柱状图800包含接合的广域搭接剪切测试（wide area lap shear test）的数据。在各接合中，热塑性材料是PEKK-FC热塑性复合材料。PEKK-FC热塑性复合作为热塑性带进行施加。PEKK-FC热塑性复合材料带施加在两片金属之间。这两片金属是钛合金，具体地是Ti-6Al-4V。

参考编号1808表示其中金属接受清洁然后机械预处理（具体地喷砂）的接合。柱818表示在约-67华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号1808的表面处理的接合。如所描述的，柱818为约1750psi剪切强度。柱820表示在约75华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号1808的表面处理的接合。如所描述的，柱820为约1250psi剪切强度。柱822表示在约180华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号1808的表面处理的接合。如所描述的，柱822为约1100psi剪切强度。

参考编号2810表示其中金属接受清洁然后化学预处理（具体地硝酸-氟化物蚀刻）的接合。柱824表示在约-67华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号2810的表面处理的接合。如所描述的，柱824为约2600psi剪切强度。柱826表示在约75华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号2810的表面处理的接合。如所描述的，柱826为约2250psi剪切强度。柱828表示在约180华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号2810的表面处理的接合。如所描述的，柱828为约1500psi剪切强度。

参考编号3812表示其中金属接受化学预处理（具体地硝酸-氟化物蚀刻）然后在升高的温度下施加碱性蚀刻的接合。柱830表示在约-67华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号3812的表面处理的接合。如所描述的，柱830为约4800psi剪切强度。柱832表示在约75华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号3812的表面处理的接合。如所描述的，柱832为约3600psi剪切强度。柱834表示在约180华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号3812的表面处理的接合。如所描述的，柱834为约3500psi剪切强度。

参考编号4814表示其中金属接受化学预处理（具体地硝酸-氟化物蚀刻）然后施加TiBoe和常规溶胶-凝胶的接合。在此说明性实例中，常规溶胶-凝胶与本申请的溶胶-凝胶溶液如图3中的溶胶-凝胶溶液334具有不同的偶联剂。具体地，常规溶胶-凝胶不包括图3的溶胶-凝胶溶液334中的氨基芳基三烷氧基硅烷。

柱836表示在约-67华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号4814的表面处理的接合。如所描述的，柱836为约4200psi剪切强度。柱838表示在约75华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号4814的表面处理的接合。如所描述的，柱838为约4100psi剪切强度。柱840表示在约180华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号4814的表面处理的接合。如所描述的，柱840为约4100psi剪切强度。

如所描述的，具有参考编号4814的表面处理的接合在三种测试温度下具有基本上相似的结果。进一步，如所描述的，具有参考编号4814的表面处理的接合在正温度的剪切强度高于未接受高温溶胶-凝胶溶液施加的参考编号1808、参考编号2810和参考编号3812。

参考编号5816表示这样的接合：其中金属接受化学预处理（具体地硝酸-氟化物蚀刻），然后机械预处理（具体地喷砂），然后施加TiBoe，以及施加高温溶胶-凝胶溶液，如图3的溶胶-凝胶溶液334。柱842表示在约-67华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号5816的表面处理的接合。如所描述的，柱842为约5300psi剪切强度。柱844表示在约75华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号5816的表面处理的接合。如所描述的，柱844为约5350psi剪切强度。柱846表示在约180华氏度下进行剪切测试的、具有参考编号5816的表面处理的接合。如所描述的，柱846为约5400psi剪切强度。

如所描述的，具有参考编号5816的表面处理的接合在三种测试温度下具有基本上相似的结果。进一步，如所描述的，具有参考编号5816的表面处理的接合在全部测试温度下的剪切强度均高于其他表面处理。

现转至图9，根据说明性配置描述测试结果的柱状图图示。图9是以框图形式显示的接合如图3的接合314的双悬臂梁测试数据的实例。柱状图900具有x轴线902和y轴线904。如所描述的，x轴线902表示施加于接合内的金属的表面处理的类型。类似地，y轴线904表示接合的GIC或临界应变能释放率。临界应变能释放率可表征接合的坚韧度。临界应变能释放率可以是断裂表面单位面积的能量。

柱状图900包含接合的双悬臂梁测试数据。金属组分和热塑性组分在各接合相连。在各接合中，热塑性材料是PEKK-FC热塑性复合材料。金属是钛合金，具体地Ti-6Al-4V。

参考编号1906表示金属接受与图8的参考编号1808相同的表面处理的接合。如所描述的，参考编号1906的GIC为约5in-lb/in²。

参考编号3908表示金属接受与图8的参考编号3812相同的表面处理的接合。如所描述的，参考编号3908的GIC显著高于参考编号1906。具体地，参考编号3908的GIC为约13.8in-lb/in²。进一步，在这些有限的测试中，参考编号3908的接合没有呈现出粘附失效。换句话说，100%的失效是热塑性复合材料中的层间失效。

参考编号5910表示金属接受与图8的参考编号5816相同的表面处理的接合。如所描述的，参考编号5910的GIC为约10.3in-lb/in²。如同参考编号3908的接合，在这些有限的测试中，参考编号5910的接合没有呈现出粘附失效。当参考编号3908和参考编号5910均由于层间失效模式而失效时，应谨慎地比较这些值。

参考编号6912表示这样的接合：其中金属接受化学预处理（具体地，硝酸-氟化物蚀刻），然后机械预处理（具体地，喷砂），然后施加TiBoe、施加高温溶胶-凝胶溶液（如图3的溶胶-凝胶溶液334），以及施加底漆。如所描述的，参考编号6912的GIC也显著高于参考编号1906。具体地，参考编号6912的GIC为约9in-lb/in²。

现转至图10，根据说明性配置描述测试结果的柱状图图示。图10是以框图形式显示的接合（如图3中的接合314）的楔形断裂测试数据的实例。柱状图1000具有x轴线1002和y轴线1004。如所描述的，x轴线1002表示施加于接合内的金属的表面处理的类型。类似地，y轴线1004表示接合的断裂延伸。

柱状图1000包含接合的楔形断裂测试数据。在各接合中，热塑性材料是PEKK-FC热塑性复合材料。PEKK-FC热塑性复合材料作为热塑性材料带施加。PEKK-FC热塑性复合材料带施加在两片金属之间。该两片金属是钛合金，具体地Ti-6Al-4V。

在此测试中，较低值表示较好的热/湿耐久性。如所描述的，楔形测试值由于包括施加于金属表面的高温溶胶-凝胶溶液而急剧升高。

参考编号11006表示金属接受与图8的参考编号1808相同的表面处理的接合。如所描述的，接合的断裂延伸为约4.25英寸。

参考编号31008表示金属接受与图8的参考编号3812相同的表面处理的接合。如所描述的，表面处理变为化学预处理不改善断裂延伸。参考编号31008的断裂延伸为约4.35英寸。

参考编号41010表示金属接受与图8的参考编号4，814相同的表面处理的接合。如所描述的，常规溶胶-凝胶溶液的添加使断裂延伸减少至约3.0英寸。但是，该值对于接合可能仍是不期望的。

参考编号51012表示金属接受与图8的参考编号5，816相同的表面处理的接合。可见，高温溶胶-凝胶溶液如图3的溶胶-凝胶溶液334的添加使断裂延伸相对于其他接合显著降低。如所描述的，参考编号51012的断裂延伸略低于1.50英寸。

参考编号61014表示金属接受与图9的参考编号6912相同的表面处理的接合。可见，高温溶胶-凝胶溶液后底漆的添加使断裂延伸降低。如所描述的，参考编号61014的断裂延伸为约1.08英寸。

不同所述配置的流程图和框图图示说明性配置中设备和方法的一些可能的实施方式的架构、功能性和操作。对此，流程图或框图中的各个框可表示模块、区段、功能和/或部分操作或步骤。

在说明性配置的一些可选的实施方式中，框中显示的一个或多个功能可以以图中所示顺序以外的顺序进行。例如，在一些情况下，顺序显示的两个框可基本上同时执行，或所述框有时可以相反顺序进行，这取决于所涉及的功能性。另外，除流程图或框图中所图示的框以外可添加其他框。

例如，在一些说明性实例中，图7的操作702中的清洁金属可在熟化溶剂中的正丙氧化锆以形成溶胶-凝胶溶液的第一部分的同时或其之后进行。在其他说明性实例中，操作702和操作704可在操作716（熟化溶液以形成溶胶-凝胶溶液）后进行。在又一说明性实例中，操作702和操作704可不进行。

本公开的说明性配置可在图11所示的航空器制造和服务方法1100和图12所示的航空器1200的背景下进行描述。先转至图11，根据说明性配置显示航空器制造和服务方法的图示。在生产前，航空器制造和服务方法1100可包括图12中的航空器1200的规格和设计1102和材料采购1104。

在生产期间，进行图12中的航空器1200的组件和子组装件制造1106和系统整合1108。其后，图12中的航空器1200可进行认证和交付1110，以投入服务1112。在客户进行服务1112时，图12中的航空器1200安排进行常规维护和保养1114，其可包括修饰，重新配置，翻新以及其他维护或保养。

航空器制造和服务方法1100的每个过程可由系统整合商、第三方和/或运营商进行或实施。在这些实例中，运营商可以是客户。出于该描述的目的，系统整合商可没有限制地包括任意数量的航空器制造商和主系统分包商；第三方可没有限制地包括任意数量的销售商、分包商和供应商；以及运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等。

现参考图12，显示可实施说明性配置的航空器的图示。在此实例中，航空器1200通过图11中的航空器制造和服务方法1100制造，并且可包括具有系统1204的机架1202和内部1206。系统1204的实例包括下列一种或多种：推进系统1208、电力系统1210、液压系统1212和环境系统1214。可包括任意数量的其他系统。虽然显示的是航天实例，但不同说明性配置可适用于其他行业，如汽车行业。

本文图示的设备和方法可在图11中的航空器制造和服务方法1100中的至少一个阶段过程中应用。

一种或多种说明性配置可在组件和子组装件制造1106过程中应用。例如，图3中的溶胶-凝胶溶液334可在组件和子组装件制造1106过程中应用。进一步，图3的溶胶-凝胶溶液334还可用于进行维护和保养1114过程中的替换。例如，溶胶-凝胶溶液334可用于在维护和保养1114中的航空器维修过程中接合金属和热塑性材料。

说明性配置可提供接合热塑性材料和金属的方法和设备。具体地，说明性配置可提供在无紧固件或粘合剂的情况下在热塑性材料和金属之间产生接合的方法和设备。在说明性配置中，金属和热塑性材料的之间的接合利用黏附产生。金属表面用溶胶-凝胶溶液化学处理，以产生热塑性材料和金属之间的黏附。

进一步，说明性配置提供溶胶-凝胶溶液的产生，以促进热塑性材料和金属之间的粘附。该溶胶-凝胶溶液可被配置以耐受热塑性材料的固结温度。溶胶-凝胶溶液可通过与热塑性材料的化学相互作用促进粘附。此外，该溶胶-凝胶溶液可防止或阻碍对于金属的材料改变。

一种或多种说明性配置可提供热塑性材料和金属之间、具有期望材料性质的接合。具体地，一种或多种说明性配置可提供，与无溶胶-凝胶溶液的、热塑性材料和金属之间的接合相比，具有较高剪切强度、剥离强度和环境耐久性的接合。

进一步，本公开包括根据下列条款的实施方式：

1.方法，包括：

熟化溶剂中的正丙氧化锆，以形成溶胶-凝胶溶液的第一部分；

组合所述第一部分与去离子水，以形成所述溶胶-凝胶溶液的第二部分；

组合氨基芳基三烷氧基硅烷与醇，以形成所述溶胶-凝胶溶液的第三部分；

组合所述第三部分与所述第二部分，以形成所述溶胶-凝胶溶液的混合物；

组合所述去离子水或所述醇或其组合与所述混合物，以形成溶液；和

熟化所述溶液，以形成所述溶胶-凝胶溶液，所述溶胶-凝胶溶液包括正丙氧化锆和氨基芳基三烷氧基硅烷之间约1:5的摩尔平衡比。

2.条款1所述的方法，其中熟化所述溶剂中的正丙氧化锆以形成所述第一部分包括在室温下漩流所述溶剂中的正丙氧化锆30分钟。

3.条款1所述的方法，其中熟化所述溶液以形成所述溶胶-凝胶溶液包括在室温下搅拌所述溶液4小时。

4.条款1所述的方法，其中所述醇选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇（1-丁醇）、仲丁醇（2-丁醇）、异丁醇（2-甲基-1-丙醇）、叔丁醇（2-甲基-2-丙醇）和3-甲基-2-丁醇。

5.条款1所述的方法，其中所述溶剂选自冰乙酸、二醇、二醇醚和丁基酯。

6.条款1所述的方法，其中所述溶胶-凝胶溶液包括按摩尔百分比计约0.005%至8.10%的正丙氧化锆。

7.条款1所述的方法，其中所述溶胶-凝胶溶液中所述醇和所述氨基芳基三烷氧基硅烷之间的最小摩尔平衡比为约18:1。

8.条款1所述的方法，其中所述溶胶-凝胶溶液中所述去离子水和所述正丙氧化锆之间的最小摩尔平衡比为约18:1。

9.条款1所述的方法，进一步包括在熟化所述溶剂中的正丙氧化锆前漩流所述溶剂中的正丙氧化锆，并且其中：

熟化所述溶剂中的正丙氧化锆以形成所述第一部分包括在室温下漩流30分钟，所述溶剂包括冰乙酸；

熟化所述溶液以形成所述溶胶-凝胶溶液包括在室温下搅拌所述溶液4小时；

组合氨基芳基三烷氧基硅烷与醇以形成所述溶胶-凝胶溶液的第三部分包括组合氨基芳基三烷氧基硅烷与异丙醇；和

熟化所述溶液以形成包括正丙氧化锆和氨基芳基三烷氧基硅烷之间约1:5的摩尔平衡比的所述溶胶-凝胶溶液进一步包括所述溶胶-凝胶溶液包括按摩尔百分比计约0.005%至8.10%的正丙氧化锆。

10.条款1所述的方法，进一步包括：

将所述溶胶-凝胶溶液施加于金属；

烘箱干燥所述金属上的所述溶胶-凝胶溶液，以形成表面处理的金属；

组装热塑性材料和所述表面处理的金属；和

黏附所述热塑性材料和所述表面处理的金属。

11.条款10所述的方法，进一步包括：

清洁所述金属；和

预处理所述金属。

12.条款10所述的方法，其中所述金属选自钛、钛合金、铝合金、镍合金、不锈钢合金和铜合金。

13.溶胶-凝胶溶液，包括：

正丙氧化锆；

氨基芳基三烷氧基硅烷，所述溶胶-凝胶溶液包括正丙氧化锆和氨基芳基三烷氧基硅烷之间约1:5的摩尔平衡比；

溶剂；

醇；和

去离子水。

14.条款13所述的溶胶-凝胶溶液，其中所述溶胶-凝胶溶液中所述正丙氧化锆和所述氨基芳基三烷氧基硅烷之间的摩尔平衡比为约1:5。

15.条款13所述的溶胶-凝胶溶液，其中所述溶胶-凝胶溶液中所述醇和所述氨基芳基三烷氧基硅烷之间的最小摩尔平衡比为约18:1。

16.条款13所述的溶胶-凝胶溶液，其中所述溶胶-凝胶溶液中所述去离子水和所述正丙氧化锆之间的最小摩尔平衡比为约18:1。

17.条款13所述的溶胶-凝胶溶液，其中所述醇具有低分子量并且易蒸发。

18.条款13所述的溶胶-凝胶溶液，其中所述醇选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇（1-丁醇）、仲丁醇（2-丁醇）、异丁醇（2-甲基-1-丙醇）、叔丁醇（2-甲基-2-丙醇）和3-甲基-2-丁醇。

19.条款13所述的溶胶-凝胶溶液，其中所述溶剂选自冰乙酸、二醇、二醇醚和丁基酯。

20.溶胶-凝胶溶液，包括，按摩尔百分比计：基于所述溶胶-凝胶溶液的总摩尔数，

约0.005%至约8.10%范围内的正丙氧化锆；

约0.03%至约44.9%范围内的氨基芳基三烷氧基硅烷；

约0.03%至约46.1%范围内的溶剂；

约3.0%至约93.2%范围内的醇；和

约5.0%至约98.2%范围内的去离子水。

21.条款20所述的溶胶-凝胶溶液，其中所述溶胶-凝胶溶液包括：基于所述溶胶-凝胶溶液的总摩尔数

约0.01%至约0.03%范围内的所述正丙氧化锆；

约0.09%至约0.13%范围内的所述氨基芳基三烷氧基硅烷；

约0.09%至约0.20%范围内的所述溶剂；

约5.0%至约6.2%范围内的所述醇；和

约84.0%至约98.0%范围内的所述去离子水。

已介绍的对不同说明性配置的描述是为了进行图示和描述，而不意图是详尽的或受限于公开形式的配置。多种修改和变化对于本领域技术人员将是明显的。进一步，不同说明性配置可提供与其他说明性配置相比不同的特征。选择的一种或多种配置被选出和描述是为了最充分地说明配置原理、实际应用，以及使本领域技术其他人员能够理解具有适用于所考虑的具体应用的多种修改的多种配置的公开内容。

Claims (15)

1.方法，包括：

熟化溶剂（342）中的正丙氧化锆（336），以形成溶胶-凝胶溶液（334）的第一部分；

组合所述第一部分与去离子水（340），以形成所述溶胶-凝胶溶液（334）的第二部分；

组合氨基芳基三烷氧基硅烷（338）与醇（344），以形成所述溶胶-凝胶溶液（334）的第三部分；

组合所述第三部分与所述第二部分，以形成所述溶胶-凝胶溶液（334）的混合物；

组合所述去离子水（340）或所述醇（344）或其组合与所述混合物以形成溶液；和

熟化所述溶液，以形成所述溶胶-凝胶溶液（334），所述溶胶-凝胶溶液（334）包括所述正丙氧化锆（336）和所述氨基芳基三烷氧基硅烷（338）之间约1:5的摩尔平衡比。

2.权利要求1所述的方法，其中熟化所述溶剂（342）中的所述正丙氧化锆（336）以形成所述第一部分包括在室温下漩流所述溶剂（342）中的所述正丙氧化锆（336）30分钟。

3.权利要求1所述的方法，其中熟化所述溶液以形成所述溶胶-凝胶溶液（334）包括在室温下搅拌所述溶液4小时。

4.权利要求1所述的方法，其中所述醇（344）选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇（1-丁醇）、仲丁醇（2-丁醇）、异丁醇（2-甲基-1-丙醇）、叔丁醇（2-甲基-2-丙醇）和3-甲基-2-丁醇。

5.权利要求1所述的方法，其中所述溶剂（342）选自冰乙酸、二醇、二醇醚和丁基酯。

6.权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述溶胶-凝胶溶液（334）包括按摩尔百分比计约0.005%至8.10%的正丙氧化锆（336）。

7.权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述溶胶-凝胶溶液（334）中所述醇（344）和所述氨基芳基三烷氧基硅烷（338）之间的最小摩尔平衡比为约18:1；并且其中所述溶胶-凝胶溶液（334）中所述去离子水（340）和所述正丙氧化锆（336）之间的最小摩尔平衡比为约18:1。

8.权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括在熟化所述溶剂（342）中的所述正丙氧化锆（336）前漩流所述溶剂（342）中的所述正丙氧化锆（336），并且其中：

熟化所述溶剂（342）中的所述正丙氧化锆（336）以形成所述第一部分包括在室温下漩流30分钟，所述溶剂（342）包括冰乙酸；

熟化所述溶液以形成所述溶胶-凝胶溶液（334）包括在室温下搅拌所述溶液4小时；

组合氨基芳基三烷氧基硅烷（338）与醇（344）以形成所述溶胶-凝胶溶液（334）的第三部分包括组合氨基芳基三烷氧基硅烷（338）与异丙醇；和

熟化所述溶液以形成包括所述正丙氧化锆（336）和所述氨基芳基三烷氧基硅烷（338）之间约1:5的摩尔平衡比的所述溶胶-凝胶溶液（334）进一步包括所述溶胶-凝胶溶液（334）包括按摩尔百分比计约0.005%至8.10%的正丙氧化锆（336）。

9.权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括：

清洁金属；

预处理所述金属；

将所述溶胶-凝胶溶液（334）施加于所述金属；

烘箱干燥所述金属上的所述溶胶-凝胶溶液（334），以形成表面处理的金属（502）；

组装热塑性材料和所述表面处理的金属（502）；和

黏附所述热塑性材料和所述表面处理的金属（502）；其中所述金属选自钛、钛合金、铝合金、镍合金、不锈钢合金和铜合金。

10.溶胶-凝胶溶液（334），包括：

正丙氧化锆（336）；

氨基芳基三烷氧基硅烷（338），所述溶胶-凝胶溶液（334）包括所述正丙氧化锆（336）和所述氨基芳基三烷氧基硅烷（338）之间约1:5的摩尔平衡比；

溶剂（342）；

醇（344）；和

去离子水（340）。

11.权利要求10所述的所述溶胶-凝胶溶液（334），其中所述溶胶-凝胶溶液（334）中所述正丙氧化锆（336）和所述氨基芳基三烷氧基硅烷（338）之间的摩尔平衡比为约1:5。

12.权利要求10所述的所述溶胶-凝胶溶液（334），其中所述溶胶-凝胶溶液（334）中所述醇（344）和所述氨基芳基三烷氧基硅烷（338）之间的最小摩尔平衡比为约18:1；并且其中所述溶胶-凝胶溶液（334）中所述去离子水（340）和所述正丙氧化锆（336）之间的最小摩尔平衡比为约18:1。

13.权利要求10至12中任一项所述的溶胶-凝胶溶液（334），其中所述醇（344）具有低分子量并且易蒸发。

14.权利要求10至12中任一项所述的溶胶-凝胶溶液（334），其中所述醇（344）选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇（1-丁醇）、仲丁醇（2-丁醇）、异丁醇（2-甲基-1-丙醇）、叔丁醇（2-甲基-2-丙醇）和3-甲基-2-丁醇。

15.权利要求10至12中任一项所述的溶胶-凝胶溶液（334），其中所述溶剂（342）选自冰乙酸、二醇、二醇醚和丁基酯。